[發明專利]多光譜采集系統的標定方法及系統

有效

• 申請號: 201310449762.5
• 申請日: 2013-09-25
• 公開（公告）號: CN103487145A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 戴瓊海;張明捷;索津莉
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術領域

本發明涉及光譜計算和計算攝像學技術領域，特別涉及一種多光譜采集系統的標定方法及系統。

背景技術

隨著傳感成像技術、計算機圖形學、計算機視覺以及數字媒體處理技術等的快速發展，一門以計算采集與重構技術為核心的全新學科——計算攝像學逐漸形成。計算攝像學將計算機圖形學、計算機視覺等計算機技術、現代傳感器以及現代光學等技術相結合，從而達到提高與增強數字攝像學的能力，獲得傳統攝像技術無法獲得的圖像和視頻的目的。近年來，計算攝像學作為一個快速發展的新興交叉學科，已經成為了國際前沿研究熱點。

盡管近年來數字傳感技術的發展巨大，數碼相機已經取代了傳統膠卷相機的地位，但是現代數字攝像技術并沒有改變傳統相機小孔成像的原理，其工作原理仍是將高維場景（常用七維全光函數表示）經過光學系統投影到二維的傳感器，進行采樣數字化處理后形成計算機可顯示的圖像。由此可以看出，在投影和采樣數字化的過程中，現有的數字攝影技術不可避免地存在的全光函數其它維度上信息的丟失與耦合等固有問題。

計算攝像學正是從這一角度出發，通過引入計算機技術、現代傳感器和現代光學等技術，設計新型的采集系統和采集機制，對視覺世界信息進行編解碼與重構，從而盡可能的獲得原場景的多維信息。光譜采集技術正是計算攝像學的其中一個很重要的研究方向。早期的彩色成像技術曾試圖想通過獲得光譜特性加以得到，在100多年前，諾貝爾獎得主李普曼就嘗試通過光的干涉原理來采集光譜，從而得到顏色信息，但這一方法設備復雜且需要很長的測量時間。人眼視覺系統有三種視錐細胞，分別對光譜中三個不同的頻段感應并以紅、綠、藍三種顏色的形式被人所感知，從而組成人眼的自然圖像。與此相應，傳統意義上的彩色照相與攝影技術中常常采用麥克斯韋的三原色（RGB:Red，Green，Blue）成像原理，通過CCD不同的顏色積分曲線去捕捉場景的RGB三通道信息。

自然場景中常常包含有豐富完整而有意義的光譜信息，如果僅僅對RGB三通道進行捕捉，將不可避免地喪失了整個光譜中的大量有意義的細節信息，而這些細節信息常常在科研、軍事、醫療等諸多領域具有重要意義。計算攝像學領域中的多光譜采集技術正是從這一角度出發，基于計算攝像的新型成像技術，對整個場景中的光譜信息進行采集與重構的工作。

根據技術要求和采集條件的不同，現有的多光譜采集系統可以分為三類：光譜分析儀、掃描式光譜成像儀和單次拍攝成像光譜儀。各種技術解決方案都是通過犧牲空間或時間分辨率的方式對于光譜分辨率進行補償，以采集多光譜信息，如何獲得高時間分辨率、高空間分辨率、高光譜分辨率的場景信息仍然是一個難題。2011年初，一種基于混合相機系統的進行多光譜采集系統被提出，其在犧牲空間分辨率獲得附加光譜分辨率的同時，使用雙路采集的技術，對場景進行雙路采集，從得到的多路數據中重構出高時空分辨率的多光譜視頻，實現了一種多光譜采集技術。其后，一種可以實現更大景深范圍和光通量的高分辨率多光譜數據采集系統被提出，它采用成像物鏡裝置、掩膜采樣裝置、雙阿米西棱鏡分光裝置對場景進行雙路采集。雖然上述提到的工作均采用雙路采集的方式，較好地多光譜視頻信息進行采集和初步的標定，但是其仍缺乏一種精確的空間幾何標定和光譜標定方法。

發明內容

本發明旨在至少解決上述技術問題之一或至少提供一種有用的商業選擇。

為此，本發明的一個目的在于提出一種多光譜采集系統的標定方法，該方法能夠準確地對雙路多光譜采集系統進行光譜標定，并精確地將兩路采集圖像的空間位置進行對準匹配，從而使雙路多光譜采集系統能有效地采集場景的多光譜圖像。

本發明的另一個目的在于提出一種多光譜采集系統的標定系統。

為了實現上述目的，本發明第一方面的實施例提出了一種多光譜采集系統的標定方法，包括以下步驟：S1：通過雙路多光譜采集系統對標準光源下的場景信息進行采集以得到雙路多光譜圖像，所述雙路多光譜圖像包括多光譜圖像和RGB彩色圖像；S2:根據所述多光譜圖像的采樣點的多光譜信息、所述標準光源的光譜特征及所述多光譜采集系統的光路特征，對采樣點的光譜進行光譜標定；S3：提供兩個不同掃描方向的掃描視頻并通過標定視頻演示裝置進行演示，在演示的同時使用所述雙路多光譜采集系統分別對所述兩個不同掃描方向的掃描視頻進行拍攝；S4：基于所述光譜標定，根據拍攝的兩個不同掃描方向的掃描視頻得到所述采樣點的匹配點，以完成所述采樣點的空間位置標定。